Немного об эволюции

[На главную страницу] | [Назад]

Написано в декабре 2011 г., опубликовано на сайте в январе 2012 г., правки вносились в марте 2015 г. и в мае 2016 г.

Не подумайте, что эта статья адресована любителям биологии (хотя и им читать не запрещено). Представление об эволюции давно вышло за рамки исключительно биологического понятия. В основном об этом и пойдёт разговор. Но в самом начале несколько слов придётся сказать и о биологии. Появление статьи об эволюции на техническом сайте объясняется очень просто: техника тоже развивается по законам эволюции, но сознательное применение этих законов в технологиях даёт значительный выигрыш. В скором будущем на рынке техники и технологий преимущество будет у тех, кто раньше других освоит методы, основанные на эволюционных процессах. Ведь, по сути, искусственно внедрённая в технологию эволюция подобна тому сказочному "по щучьему велению" - она способна делать вашу работу за вас, причём бесплатно.

Содержание статьи

Слухи и невежество

Вокруг эволюции ходит множество нелепых слухов. Кто-то зацикливается на Дарвине и обезьянах, считая для себя оскорбительным иметь некую связь с "примитивными" существами, и уже лишь по этой причине готов отвергать эволюцию, как способ самоорганизации Природы. Но, во-первых, современная эволюционная биология - это уже не Дарвин. Если когда-то и можно было говорить о том, прав ли Дарвин в своих умозаключениях, то теперь необходимо учитывать, что в развитие данного научного взгляда внесли свой вклад многие учёные. Это давно уже перестало быть мнением одного человека. Во-вторых, широко известная формулировка, утверждающая, что "человек произошёл от обезьяны" попросту не совсем корректна. Правильнее говорить о наличии с обезьянами общего предка. Может быть, эта поправка поможет кому-то побороть брезгливость. Кроме того, общий предок у нас есть даже с рыбами. Просто он более далёк от нас во времени.

обложка книги 'Закономерная случайность' ISBN: 978-1-365-15030-2
Книга о том, как разумное
рождается из хаоса
Чтобы перейти к чтению интернет-версии книги, щёлкните по картинке.

Некоторые продолжают твердить о том, что не найдено какое-то "промежуточное звено". При этом сами биологи говорят, что костей найдено уже более чем достаточно, и что проблема недостающего звена была актуальна лет сто тому назад.

Кто-то ссылается на то, что хаос и случайность не могут быть создателями высокоорганизованных систем. В подтверждение заявляют, что смешивание исходных компонентов не позволяет получить что-либо организованное. Причём люди, использующие данную аргументацию чаще всего достаточно образованы, чтобы осознавать её некорректность: конечно, если просто перемешать исходные вещества, ничего организованного не получится, но и к эволюции такой "эксперимент" никакого отношения иметь не будет. Так что здесь имеет место ещё и элемент сознательного одурачивания.

Но при всём этом эволюция вовсе не так загадочна и сложна для понимания, как может показаться на первый взгляд. Её проявления можно увидеть буквально на каждом шагу, и это не требует больших усилий. Достаточно лишь немного наблюдательности и внимания к деталям. В этой статье рассмотрим ряд простых примеров вездесущей эволюции.

Сила науки

Для начала нужно отметить, что наука не ставит себе целью борьбу с религией, как может кому-то показаться. Также и теория эволюции, основываясь на научных методах, существует вовсе не для того, чтобы отрицать существование Бога. Хотя, бесспорно, определённое противоречие с библейской версией сотворения мира тут возникает. Но обвинять науку в этом противоречии бессмысленно. Может быть, пришло время, если не "отредактировать" Священное Писание, то хотя бы объяснить людям художественную иносказательность некоторых текстов? Давайте вспомним, с каким трудом пробивал себе дорогу тот факт, что Земля имеет круглую форму. В прошлом за идеи о круглой Земле можно было нажить серьёзные неприятности. Сторонники плоской Земли со смехом воспринимали эту новость, всерьёз полагая, что будь Земля круглой, с противоположной её стороны вода должна была бы выливаться из океанов, а все предметы - падать. А сегодня кто-нибудь рискнёт отстаивать мнение, что Земля плоская? На такого человека просто никто не будет обращать внимания, считая его не совсем здоровым. Накопленные за столетия факты своё дело сделали. То же самое сейчас происходит и с пониманием законов эволюции, с той лишь разницей, что её сторонников не преследуют и не заставляют отрекаться от своих взглядов. Пройдёт всего несколько десятков лет (сейчас новые знания развиваются гораздо быстрее, чем в прошлом), и отрицание ведущей роли эволюции в формировании нашего мира будет выглядеть столь же абсурдно, как и утверждение, что Земля плоская.

Желая найти способ устранения разногласий между сторонниками эволюционных и религиозных взглядов, я как-то решил предложить одну идею. По моему мнению, это должно было разрушить барьер, мешающий верующим людям благосклонно относиться к эволюции. Суть идеи была очень проста: считать, что эволюция - это инструмент в руках Создателя. Почему бы и нет? Ведь мы и сами постоянно пользуемся различными инструментами в своих делах. Но каково же было моё удивление, когда я обнаружил, что моя помощь в этом вопросе не требуется - многие верующие сами пришли к аналогичному выводу. Как оказалось, существует движение «Проект послания священства», представители которого выступают в защиту гармонии между наукой и религией. Подробности можно почитать по ссылке https://ru.wikipedia.org/wiki/Теистический_эволюционизм

Если бы эволюция имела отношение только к развитию биологических организмов, на этом можно было бы закончить статью, потому что меня больше интересует то, что можно использовать в технике и технологиях. Но самое интересное только начинается. Ведь закономерности, аналогичные тем, на которых основывается биологическая эволюция, действуют повсюду. Да, вопреки распространённому мнению эволюционные процессы работают не только в биологической среде, но и во всех прочих средах и системах нашего мира. Причём данное утверждение не является чем-то новым. Наберите в поисковой системе запрос "глобальный эволюционизм", и вы в этом убедитесь.

Вездесущая эволюция

Если выражаться совсем простым языком, то эволюция - это достижение некоторой цели методом проб и ошибок. Уже в этой простенькой формулировке можно заметить удивительное сочетание предопределённости (цели) и случайности (метода проб и ошибок). Да, эволюция - это не бесцельный процесс, но увидеть цель эволюции, как правило, невозможно. Она задаётся неявно условиями среды, в которой протекает эволюционный процесс. И, хотя этот процесс является целенаправленным, его движущей силой является случайное событие. Если разобраться, то никакого противоречия тут нет. Случайность и предопределённость просто дополняют друг друга, что позволяет им вместе решать иногда очень сложные "строительные" задачи.

В повседневной жизни мы не замечаем эволюцию, хотя она окружает нас повсюду. Даже ветер - перемещение воздушных масс - продукт эволюции. Судите сами: отдельно взятая частица воздуха ничего не "знает" о разности давлений, из-за которой появляется ветер. Эта разность просто не может непосредственно повлиять на такой маленький объект. Частица движется, как всегда, преимущественно хаотично. Тем не менее, это не мешает ей перемещаться на большие расстояния. Значит, в её хаотическом движении присутствует немалая доля предопределённости. Разность давлений задаёт цель эволюционного процесса. Далее всё происходит само собой. В итоге давление выравнивается, цель исчезает, процесс останавливается.

Эволюционная "кухня"

Если мы попробуем проанализировать "внутреннее устройство" эволюции, то обнаружим четыре важных признака: случайное событие, отбор, сохранение накопленного результата и многократно повторяющийся цикл. Причём цикличность не всегда обязательна: в самых простых случаях цель может быть достигнута даже за один цикл. То же и с накоплением результата. Но если говорить о появлении в результате эволюции сложно организованных систем, то повторяющийся цикл и сохранение накопленного результата обязательны. Создание чего-либо сложного при этом происходит путём длительной последовательности вносимых в продукт эволюции малых изменений, каждое из которых является результатом отбора из некоторого множества случайных вариантов. Проще говоря, случай - предлагает варианты, а отбор - принимает решения. И так много раз. Повторяющийся цикл в эволюционном процессе имеет сходство с лестницей, где каждая "ступенька-цикл" является основой для следующей "ступеньки". Расстояние между соседними "ступеньками" невелико, но их очень много, поэтому размеры "лестницы" ничем не ограничены. Сколько же минимум нужно циклов, чтобы уже можно было говорить об эволюционном процессе? Это подобно вопросу о минимальном количестве атомов, необходимых для получения кристаллической решетки. Одно событие - ещё не эволюция, но оно тоже способно создать некоторый эволюционный результат.

Условие сохранения достигнутого результата реализует принцип "от простого - к сложному". Единичный случай не способен сразу построить высокоорганизованную систему. Но постепенно, шаг за шагом, это возможно. Кроме того, в реальном мире разные эволюции взаимодействуют и дополняют друг друга, увеличивая этим свою эффективность. Каждый эволюционный цикл сохраняет прошлые достижения и добавляет что-то свое. Невозможность что-либо изменить в системе может возникнуть, если система уже организована и вся энергия преобразуется в ней только определёнными способами (как частный случай - нет ни одного способа, энергия просто хранится), либо если уже вся доступная энергия преобразована ("села батарейка", энтропия максимальна).

Без таких составляющих, как случайное событие и отбор, невозможен никакой эволюционный процесс. И вот тут возникает больше всего сложностей с пониманием. Некоторые оппоненты утверждают, что случайное событие, как элемент хаоса, не может ничего создавать. Хаос они связывают с беспорядком и разрушением. Но надо отметить, что понятие хаоса применяется зачастую очень неаккуратно, что порождает огромную путаницу. Прежде всего, следует различать закономерный и беспричинный хаос. На последнем долго задерживаться не будем, так как уже само существование законов физики говорит о том, что мы живём в закономерном мире. В этом смысле мы должны признать, что связывать хаос с беспорядком неверно. Это утверждение справедливо, даже если хаотическая система представлена множеством взаимодействий огромного количества её элементов. Важно при этом помнить, что все процессы в такой системе закономерны, а случайность - это всего лишь следствие нашей неосведомлённости о причинах того или иного события. Отсюда следует вывод, что случайность - понятие субъективное, зависящее от наблюдателя. То, что является случайностью для одного человека, может быть абсолютно ожидаемо и объяснимо для другого. Примером может служить "пищевая цепочка" игроков на валютном рынке, где мелкие участники не могут влиять на курсы валют - для них всё случайно, в то время как крупные игроки вполне способны оказывать влияние на рынок, а значит, для них уже не все события случайны.

Из сказанного следует, что случайность - это не источник беспорядка, а лишь источник вариантов возможных изменений в системе. Принципиально важное свойство случайных событий состоит в новизне вариантов. В общем-то, только этой новизной они и отличаются от событий в организованной системе, где нет места случайности. С новизной связана необратимость. Для эволюции каждое случайное событие - это попытка улучшить эволюционный результат.

Главный "секрет" эволюции

Систему, в которой протекает эволюция, в общем виде можно представить, как множество структур с разными свойствами. Между этими структурами происходит обмен энергией, что сопровождается разрушением некоторых из них и образованием новых. Чтобы понять, как это происходит, нужно рассмотреть единичный случай воздействия энергии на отдельно взятую структуру.

Когда поступающая извне энергия воздействует на некоторую структуру, эта энергия обязательно должна быть как-то преобразована. Для самой энергии безразлично, что это будет за преобразование - она стремится реализовать ВСЕ возможные способы. Выбор того или иного способа преобразования целиком зависит от свойств структуры, принимающей данную порцию энергии. То есть свойства структуры, по сути, реализуют отбор способа преобразования. Далее возможны всего три варианта развития событий. Структура может перейти на новый энергетический уровень (как это бывает с атомом, или, например, при накачивании колеса велосипеда), может, не изменяясь, пропустить энергию через себя и вернуть её во внешнюю среду (как это делает электрический провод), а может разрушиться (как орех от удара молотка).

В первом случае энергия в рассматриваемой структуре накапливается. Происходит локальное снижение энтропии. Структура не разрушается и в дальнейшем способна отдать энергию, вернувшись при этом на прежний энергетический уровень. Такое поведение демонстрирует обратимость, и характерно для организованных структур. Во втором случае структура не подвергается изменениям, что даёт повод признать её стабильной. В третьем случае энергия рассеивается, выполняя необратимое изменение структуры, то есть "расходуется" на её разрушение. Такая реакция на внешнее воздействие характерна для хаотических структур.

Одна и та же структура в зависимости от внешнего воздействия может повести себя как организованная, как стабильная или как хаотическая. Но нужно учесть, что любая реальная система формирует вполне определённые условия эволюционной среды, что является следствием действующих в системе законов. Эти условия задают характер взаимодействия между элементами системы, из-за чего возникает предпочтение в отношении структур с некоторыми конкретными свойствами. В результате происходит отбор структур в масштабах системы. Совместная работа процессов синтеза новых случайных структур, отбора, и связанного с ним разрушения, приводят к усложнению стабильных и организованных структур, которые и становятся продуктом эволюции. Это происходит просто потому, что все структуры, не являющиеся стабильными или организованными, разрушаются, не обладая способностью преобразовать энергию каким-нибудь "безопасным" способом. Энергия взаимодействий элементов системы разрушает "неудачные" варианты. В этом и заключается главный "секрет" эволюции.

Энергия - госпожа или служанка?

Можно попробовать изложить то же самое более простым, образным языком. Существует энергия. Её цель всегда одна - преобразоваться, рассеяться и окончательно деградировать (закон сохранения не даёт энергии исчезать, но не спасает её от деградации). А ещё есть материя. У неё свои цели. Их много, они разные, они меняются, и материя сама порой не может в них разобраться. Но в этой парочке главнее, все же, материя. Не будь её, энергия в один миг достигла бы своей цели. Но материя постоянно создаёт для энергии какие-то "ловушки" и "лабиринты" (структуры), в которых та бегает в поисках выхода, попутно производя перестройку этих самых "лабиринтов". При этом энергия выполняет свою работу только "с ведома и по указанию" материи. Та "великодушно разрешает" разрушить некоторые несовершенные структуры, чтобы "слепить" из освободившегося материала что-нибудь новенькое, причём неважно что. Но стабильные и организованные структуры материя трогать не позволяет. С этим строго! Энергия, хотя и пытается иногда спорить, но всегда проигрывает этот спор. Поэтому всякий раз, попав в стабильную или организованную структуру, энергия подчиняется правилам, навязанным ей этой материальной структурой. А так как процессы разрушения и случайного синтеза никогда не прекращаются, стабильные и организованные структуры постепенно укрупняются и усложняются.

Дополнительное условие

Эволюция обязательно имеет цель. Это обусловлено действием фактора отбора, "фильтрующего" случайные варианты. Цель, а следовательно и отбор, определяются строением системы, то есть её свойствами, формирующими условия эволюционной среды. Когда цель достигнута, изменения в системе прекращаются, процесс останавливается, хотя отбор продолжает действовать. При этом отбор лишь сдерживает дрейф системы в сторону от цели. В случае изменения отбора появляется новая цель, и система опять начинает перестраиваться.

Но кроме цели существует и другое условие: развитие возможно в системе, где энтропия ещё не достигла максимума. В старой версии статьи я пытался связать стремление системы к эволюционной цели и её стремление к состоянию равновесия, которое возникает в результате постепенного рассеивания энергии. Но это, всё же, неверно. У системы - своя цель, у энергии - своя. Они идут каждая своим путём. Более того, если у энергии путь всегда направлен к росту энтропии, то эволюционная цель может требовать противоположного: развитие эволюционного продукта часто сопровождается уменьшением его энтропии. Хорошим примером является мыльная пена. Давление воздуха в каждом пузырьке пены чуть выше атмосферного (иначе пузырёк не стремился бы принять сферическую форму). Значит, каждый пузырёк обладает собственным запасом энергии. При этом он возникает из хаотической среды, которая и "накачивает" его энергией, не спрашивая у той, каковы её цели. Следовательно, эволюционная цель определяется только строением системы, иначе говоря, её внутренним "механизмом", который способен подчинить себе энергию. Подчиняясь, энергия нередко концентрируется, что ведёт к локальному снижению энтропии.

Совсем иной сценарий характерен для организованной системы. В ней преобразование энергии протекает одними и теми же способами. Новые способы преобразования не появляются, но и не разрушаются старые. Понятие случайного события здесь не имеет смысла. Реакция простой организованной системы на внешнее воздействие вполне предсказуема, и, по своей сути, является рефлексом. Примером может быть даже цилиндр с поршнем в тепловой машине - случай механического рефлекса. Но организованная система не способна к эволюции в отличие от хаотической.

Эксперименты с эволюцией в домашних условиях

Простой эксперимент с настоящей эволюцией нетрудно провести в домашних условиях. В старой версии статьи предлагался эксперимент с солью. Там нужно было насыпать соль в узкий высокий сосуд из чего-нибудь твёрдого и прозрачного (в идеале - из стекла), и, постукивая дном сосуда о стол, наблюдать за оседанием столбика соли. Теперь я решил предложить другой эксперимент, в чём-то более наглядный. Но прежде чем перейти к описанию нового эксперимента, я хотел бы привести кратенькое описание старого. Дело в том, что в эксперименте с солью можно лучше увидеть образование и разрушение структур - точек соприкосновения кристаллов, в то время как новый эксперимент лучше демонстрирует действие отбора.

В эксперименте с солью сила тяжести стремится сжать вещество в сосуде, но кристаллы опираются друг на друга и могут оставаться в неподвижном состоянии долгое время. Одной лишь силы тяжести пока недостаточно, чтобы что-то изменилось. В момент удара дном сосуда о стол по всему столбику соли проходит вибрация. На мгновение появляются другие силы, действующие на кристаллы в разных направлениях. Из-за этого разрушается большинство наименее устойчивых опор - точек соприкосновения кристаллов. При этом большинство устойчивых контактов сохраняется. Разрушение первых приводит к тому, что кристаллы смещаются, образовывая новые случайные точки соприкосновения. Среди этих новых опять же могут быть как устойчивые, так и неустойчивые. Вместе с сохранившимися старыми новые структуры примут участие в следующем цикле эволюционного процесса - при очередном ударе дном сосуда о стол. В то же время смещение кристаллов, вызванное разрушением нестабильных опор между ними, приводит к уменьшению высоты столбика соли.

Здесь мы видим, как в системе возникают случайные структуры, как некоторые из них, не пройдя отбор, разрушаются, образуя при этом новые случайные структуры. Видим, как структуры становятся всё более устойчивыми согласно условиям отбора. Видно также сохранение ранее достигнутого результата и повторяющийся цикл, понемногу приближающий систему к цели. Вроде бы ничего удивительного, но, согласитесь, это чем-то напоминает игру в тетрис: некая сила аккуратно подгоняет кристаллы один к другому. В тетрисе тоже нужно как можно плотнее заполнить пространство фигурками разных форм. Эта игра требует немало внимания и сосредоточенности. А тут всё происходит само собой, да ещё одновременно с огромным количеством "фигурок"! И пусть в конечном итоге таким путём невозможно получить идеальное заполнение - между кристаллами обязательно останется воздух - всё же оптимизация взаимного расположения кристаллов хорошо заметна. Это и есть результат эволюции.

Для нового эксперимента нужно взять сито и толчёные сухари. Ещё понадобится какая-нибудь широкая тарелка. Ну, вы уже, конечно, всё поняли. Наверняка подобный "эксперимент" проделывали не раз, и не обязательно с сухарями. Дальше нужно насыпать сухари в сито, и, встряхивая сито над тарелкой, смотреть, что из этого получится. В результате произойдёт разделение крошек по их размеру. Это предопределённый результат, несмотря на то, что получен он при помощи хаоса.

Эксперимент с просеиванием сухарей интересен тем, что действие отбора в нём видно, что называется, невооружённым глазом. В данном случае отбор образован сеткой, которая, по сути, является фильтром. Как в любом эволюционном процессе, здесь происходят случайные события - крошки хаотически перемещаются по поверхности сетки. Те из них, которые соответствуют отбору, проваливаются через ячейки сетки. Так многократное действие случая и отбора позволяет получить, вполне закономерный, предсказуемый результат. Хотя никто не возится с каждой крошкой, чтобы волевым решением отправить её в нужную посуду. Разделение крошек по размеру - результат эволюции.

Эволюционирующие системы бывают разными, но в любой неизменным остаётся правило: из случайных вариантов выбираются те, что способствуют достижению цели. При постоянстве условий среды, в которой протекает процесс, рано или поздно движение к цели замедляется и останавливается. В этом случае можно говорить о том, что цель достигнута.

Сотрудничество, соперничество и прочее разнообразие

В природе существует много разных форм эволюции, много вариантов взаимного дополнения, сотрудничества и соперничества эволюционных процессов. Иной процесс может весь целиком представлять собой всего лишь один цикл другого, более масштабного процесса. Существуют варианты симбиоза и паразитирования. Любой эволюционный процесс можно считать разновидностью жизни, даже если он не имеет отношения к биологическим организмам. Поэтому традиционный взгляд, согласно которому живыми являются только биологические организмы, является устаревшим.

Некоторые скептики, сомневаясь в возможностях эволюции, утверждают, что для создания сложной, высокоорганизованной системы обязательно требуется план, схема, чертеж и т.п. Действительно, в некоторых случаях нужны и план и чертёж, но ведь это всё тоже результаты эволюции, как и любой другой продукт творчества в любой области. Творчество и эволюция - в принципе одно и то же.

Допустим, поэт пишет стихи, художник - картину, а композитор - музыку. В каждом из этих случаев мы можем наблюдать эволюционный процесс. Охваченный вдохновением служитель искусства непрерывно в своем воображении создает множество слегка измененных версий своего творения, и тут же из этого множества отбирает лучший вариант, отбрасывая остальные, закрепляет его, и снова, отталкиваясь уже от этого последнего варианта, повторяет описанный цикл. Да, это есть эволюционный цикл со всеми характерными признаками. Здесь мы видим и случай (множество измененных версий произведения в воображении творца), и отбор (насколько та или иная версия ближе к представлению о совершенстве), и повторение цикла, и сохранение достигнутого результата в каждом цикле.

Кто-то может возразить по поводу слов "…в своем воображении создаёт множество слегка измененных версий…". Оппонент скажет, что все эти версии в воображении творца не могут быть случайными, а значит, никакой эволюции в этом нет. Случайные мазки на картине, по его мнению, дали бы "каляку-маляку", но никак не приближение к совершенству. По мнению оппонента, потребовалось бы немыслимо большое количество таких случайных версий, чтобы из них можно было найти что-то стоящее, но человек физически не смог бы в разумное время переработать столько информации.

Так бы оно и было, но количество случайных версий в каждый момент невелико и исчисляется единицами. Причем среди них, как правило, не бывает абсурдных, если делом занимается опытный художник. Тут мы вплотную подошли к такому удивительному явлению, как взаимодействие и сотрудничество разных эволюционных процессов. Дело в том, что и сам художник, как личность, со всеми его вкусами и представлением о совершенстве, с его опытом художника - есть результат эволюционного процесса. Если предложить ребёнку дописать начатую художником картину, то, в зависимости от возраста ребёнка, мы получим ту или иную степень "каляки-маляки". Ребёнок ещё не обладает теми навыками, какие есть у опытного художника. Но и он будет действовать по тому же алгоритму эволюционного цикла. Сначала у него возникнут несколько идей о том, как улучшить картину. Возможно, он даже на какое-то время задумается, выбирая наиболее удачную, а выбрав, незамедлительно воплотит её на холсте. Затем все повторится снова и снова. Если ребёнок совсем маленький, он не только испортит картину, но и сам испачкается. Ведь чтобы в воображении мастера всплывали удачные версии мазков, необходимо иметь опыт, навык.

В течение жизни навык развивается по тем же законам эволюции. По мере того, как юный художник тренируется снова и снова, портит одни работы и доводит до блеска другие, его навык также претерпевает шаг за шагом небольшие изменения. При этом ранее накопленный опыт сохраняется и становится основой как для продолжения развития навыка, так и для создания того или иного отдельного произведения. Навык представляет собой множество уже известных мастеру решений. То есть решений, которые когда-то ранее уже были найдены им. Для каждой ситуации ему уже не приходится искать заново подходящее решение, пытаясь сложить его из самых мелких навыков, как это делает ребенок. В его арсенале достаточно крупных навыков-решений. Именно поэтому в воображении опытного художника рождается небольшое количество вариантов дальнейшего развития картины. Каждый из этих вариантов вполне заслуживает внимания, но каждый из них - есть дело случая. Художник стремится передать чувство, и он не угадывает - он уже знает проверенные способы, как это сделать. Из них ему и приходится выбирать самый лучший для данного случая.

Аналогичным образом можно проанализировать многие другие наши навыки и умения. Например, умение кататься на велосипеде или умение плавать. Мы в тот момент начинаем что-то уметь, когда для подавляющего большинства складывающихся ситуаций у нас имеются готовые решения в нашей памяти, и нам остаётся, садясь на велосипед, лишь применять их в каждый момент времени согласно меняющейся ситуации. Мы, не задумываясь, можем ехать на велосипеде до тех пор, пока не возникнет ситуация, для которой в нашей памяти готовое решение отсутствует. В этот момент запустится новый эволюционный процесс, призванный построить недостающее решение из более простых имеющихся навыков. Но из-за необходимости перебора возможных вариантов этот процесс требует больше времени, чем исполнение готового решения. Поэтому мы можем не успеть правильно среагировать на ситуацию. В итоге катание может завершиться падением. Если же мы успеваем построить недостающее решение, оно пополняет копилку наших навыков.

Как вы думаете, как вы думаете?

От чего зависит, сумеем ли мы найти верное решение в той или иной ситуации? Почему для некоторых случаев мы находим решение молниеносно, не задумываясь, а в иных случаях нам нужно время на размышление? Почему в одинаковых обстоятельствах один человек может быстро сориентироваться, а другому это вообще не удаётся?

В нашей памяти хранится модель окружающего нас мира в виде множества образов, включая причинно-следственные связи. Источником данных для формирования этой модели является наблюдение. Причём наблюдение бывает не только пассивным, но и активным. Это значит, что вмешиваясь своими активными действиями в окружающие нас процессы, мы замечаем причинно-следственные закономерности, часть причин в которых - это наше вмешательство. Располагая множеством подобных закономерностей, мы можем в дальнейшем, когда это необходимо, находить наиболее подходящую причину (наше действие), способную в итоге дать нужное следствие (наша цель). Это и есть решение. Если подходящее решение удалось найти, мы в реальном мире создаём нужную причину своим активным вмешательством и ожидаем наступления требуемого результата-следствия.

В действительности сразу найти готовое решение удаётся не часто. Такое возможно только в условиях однообразно повторяющейся ситуации, когда новая задача не имеет существенных отличий от уже хорошо знакомой старой. В этом случае можно действовать механически, не задумываясь. Но чаще бывает так, что ситуация имеет свои особенности, или вообще очень мало похожа на что-то из прошлого опыта. В таком случае сложная задача разбивается на множество мелких, более простых. Для этого берётся общее решение (подобие причинно-следственной связи, но сильно обобщённой) и последовательно детализируется до уровня простых действий применительно к конкретной ситуации. В решении задачи постепенно происходит переход от сложного к простому. Но на каждом этапе результат детализации может и сам нуждаться в дальнейшей детализации, до тех пор, пока не будет сведён к простейшим действиям. Так мы обдумываем решение какой-либо задачи каждый раз, когда готового решения не знаем. Детализация общего решения порождает древовидную структуру, в которой некоторые ветвления имеют логику "ИЛИ". Ветвление по "ИЛИ" происходит каждый раз, когда очередной этап детализации ставит задачу, имеющую более одного решения. Разные ветви дерева решений при этом получаются взаимоисключающими. Это значит, что в каждом таком случае мы вынуждены делать выбор одной из этих ветвей.

Отрабатывая каждую из альтернативных ветвей решения, мы фактически проводим ряд экспериментов в своём воображении, ничем при этом не рискуя. Нам не нужно в действительности наступать на грабли, чтобы узнать к чему это ведёт: достаточно смоделировать процесс в воображении. Таким образом, решая задачу, мы сравниваем некоторое множество вариантов решения и выбираем из них тот, который наиболее простым путём позволяет получить нужный результат. При этом мы как будто задаёмся вопросом "а что, если попробовать так?" Наличие вариантов и необходимость делать выбор указывают на то, что решение задачи формируется по законам эволюционного процесса.

Когда ситуация является абсолютно новой и для неё нет даже подходящего общего решения, приходится пробовать, действовать в какой-то степени наугад, иначе говоря, приходится экспериментировать в реальности. Такие попытки, во-первых, дают возможность пополнить недостающий опыт, а во-вторых, иногда позволяют отыскать правильное решение, фактически реализуя метод проб и ошибок. И здесь можно увидеть всё те же признаки эволюционного процесса. Но при таком поиске решения риск неудачи выше из-за того, что попытки выполняются в реальности, а не в воображении.

Рутина и творчество

Стоит ещё добавить несколько слов о рутине и творчестве, точнее, о таинственной границе между ними. Рутиной мы обычно называем однообразную работу, не требующую особых умственных усилий. Это тот случай, когда вся работа состоит из хорошо знакомых нам ситуаций и соответствующих решений. Никакой эволюции в этой деятельности нет. Мы действуем быстро и точно, ошибаемся редко. При этом характер нашего взаимодействия с окружающим миром мало чем отличается от работы любого автомата, то есть машины. Но в то же время существует и другая крайность.

Все слышали такое меткое выражение, как "муки творчества", которое по своему значению прямо противоположно рутине. Эти муки связаны с тем, что мы берёмся за решение очень сложной для нас задачи, идём незнакомой дорогой, пытаемся прорубить тропу в "джунглях" малоизученной области. Это наиболее экстремальная форма эволюционного процесса, не гарантирующая достижения цели, но, в случае успеха, дающая самые "сладкие" плоды. Причина такой экстремальности в основном совпадает с одним из главных аргументов, приводимых некоторыми оппонентами: количество случайных вариантов во время поиска решения столь велико, что даже всей человеческой жизни может не хватить для достижения цели. При этом решение, когда оно найдено, очень часто оказывается простым.

Между этими двумя крайностями нет чёткой границы. Посередине располагаются виды деятельности, сочетающие в себе как эволюционные, так и рутинные процессы. В данном случае объединяются особенности рутины и творчества: всё знакомо и понятно, результат практически гарантирован, хотя задача и выходит в какой-то степени за стандартные рамки. Близость решаемой задачи к одной из этих двух крайностей зависит от того, насколько нам знакомы или незнакомы ситуации, связанные с её решением, от того, в какой степени мы владеем арсеналом готовых решений более простых задач, из которых можно сложить решение данной задачи. Возвращаясь к примеру с велосипедом, можно сказать, что данный транспорт в тот момент покоряется нам, когда езда на нём перестаёт быть творчеством и становится рутиной.

Эволюция - это не перемешивание компонентов

Все понимают даже на интуитивном уровне, что нельзя от простого смешивания компонентов ждать эволюционных чудес. Разумеется, если взять детали от радиоприёмника, сложить их в коробку, а затем эту коробку потрясти, то никакой видимой эволюции не случится - в коробке по-прежнему будет кучка деталей. Хотя и такая система подчиняется законам эволюционного развития, но результат соответствует условиям, действующим в системе, и затраченному времени. Прежде всего, в такой системе начисто отсутствует цель, соответствующая нашим желаниям. Ведь "по-щучьему велению" работает только в сказке. В реальном мире наше желание должно быть преобразовано в цель эволюционирующей системы. Но и это ещё не всё.

Как же на самом деле следует правильно "трясти коробку", чтобы на выходе все-таки получить готовый приемник? Если проследить за тем, как рождается новый радиоприемник, то мы увидим, что здесь задействовано множество разных эволюционных процессов. Мы должны принять во внимание эволюцию научных знаний, эволюцию знаний и навыков инженера, выполняющего данную работу, эволюцию, в которой рождается электрическая принципиальная схема будущего приемника, эволюцию конструктивных и технологических решений. И это очень грубый перечень эволюционных процессов, участвующих в создании приемника.

Эволюция научных знаний и технических решений

Вряд ли кто-то станет оспаривать утверждение, что всякое научное открытие обязано своим появлением случаю. Даже когда поиск ведётся целенаправленно, всё равно применяется принцип "а что, если попробовать так?", в основе которого тоже случай. В этом смысле исследователь подобен старателю, добывающему золото. Он должен "перемыть тонны песка и глины" - провести множество неудачных экспериментов, чтобы "раздобыть несколько золотых песчинок" - выявить искомую закономерность в природе вещей, и завершить хотя бы один эксперимент удачно. А принцип чистоты эксперимента вам ничего не напоминает? Ведь это не что иное, как соблюдение условия сохранения ранее достигнутого результата, то есть - одно из важных условий эволюционного процесса. По аналогии с биологической эволюцией это своего рода наследственность в эволюции эксперимента. Что касается отбора, думаю, не нужно пояснять, что он также имеет место в работе исследователя. Ведь сохраняются только те результаты, которые заслуживают внимания. Всё прочее отбрасывается, так как в дальнейшем важна лишь найденная закономерность, но не подробности её поиска. Поэтому можно утверждать, что всякое научное знание - есть результат эволюционного процесса.

Таким вот путём когда-то было открыто явление накопления электрического заряда, и был изобретён конденсатор. Была открыта индуктивность, изобретена катушка индуктивности. Сегодняшним инженерам не нужно заново все это открывать и изобретать. В процессе обучения будущий специалист усваивает уже известные закономерности. Ещё до начала работы над созданием радиоприемника он усвоит, что, соединив конденсатор и катушку индуктивности, можно получить колебательный контур, обладающий ценным свойством резонанса. Когда же он, наконец, возьмётся за создание электрической принципиальной схемы радиоприемника, ему не придётся выбирать верное решение из астрономически большого количества случайных комбинаций. Согласно всё тому же принципу наследственности он будет отталкиваться в своих решениях от знаний, накопленных цивилизацией за многие века. Например, если в какой-то части схемы необходимо будет стабилизировать частоту, он, скорее всего, будет выбирать всего из двух вариантов: использовать колебательный контур или кварцевый резонатор. Он не станет тратить время на поиски других способов, а выбрать одно из двух - не такая уж астрономически сложная задача. Так всякая новая эволюция отталкивается от ранее достигнутого.

Можно продолжать и дальше подробно описывать эволюционную сущность технических решений, но приведённых примеров должно быть достаточно. Как видим, если правильно "трясти коробку", то в итоге, все-таки, можно получить и радиоприёмник и даже самолёт из кучи мусора. И всё это достигается исключительно путём эволюции.

Эволюция твёрдого тела

Приведённые выше примеры - это далеко не все проявления эволюции, с которыми мы, так или иначе, соприкасаемся. Для полноты картины стоит сказать ещё об одном удивительном явлении - эволюции твёрдого тела. Понятие твёрдого тела в данном случае используется в широком смысле - это, прежде всего, любые машины, а также их электронные и механические части, независимо от фактической твёрдости входящих в их состав материалов. То есть вхождение в состав машины компонентов, традиционно не относимых к твёрдому телу, принципиальной роли не играет.

В обычных условиях твёрдое тело не способно к эволюции. Связи между частицами твёрдого тела очень прочны, из-за чего при малых энергиях такая структура не может вести себя, как хаотическая. Если же энергия достаточно велика, твёрдое тело разрушается. При этом теряется возможность сохранения эволюционного результата. Любая энергия, сообщаемая твёрдому телу, либо не находит выхода и накапливается (как при сжатии пружины, например), либо разрушает это тело, либо осуществляет однообразные преобразования и возвращается во внешнюю среду, не имея возможности изменить твёрдое тело. При этом либо отсутствуют необходимые для эволюции случайные комбинации элементов такой системы, либо происходит разрушение достигнутого результата. И в том и в другом случае эволюция невозможна.

И всё же человек научился обходить это ограничение, искусственно создавая для твёрдого тела условия, в которых возникают и случай, и отбор, и сохранение результата. Применение высоких температур и ряда других технологических приёмов позволяет дестабилизировать данную структуру, обеспечить ей нужные параметры и свойства, а затем вернуть её в стабильное состояние путём охлаждения до обычной температуры. Получается объект, реагирующий на внешние раздражители как стабильная или даже как организованная структура. Причём реагирующий уже "как надо", что позволяет использовать его, например, как деталь машины - системы с более сложной организацией. Выходит, что в определенных условиях твёрдое тело не только способно к эволюции, но и обладает в этом направлении огромным потенциалом. Оно способно эволюционировать фантастическими темпами по сравнению, например, с биологической эволюцией. Здесь, конечно, следует иметь в виду, что во время технологических операций над твёрдым телом именно человек формирует отбор процессов, изменяющих данную структуру в соответствии с имеющейся целью. Это значит, что твёрдое тело эволюционирует в искусственной среде. Человек же, по сути, является неотъемлемой частью этой среды. Эволюция твёрдого тела началась очень давно с изобретением колеса (если не брать в расчёт первые орудия труда). Теперь же мы можем наблюдать бурное развитие этого процесса. Нет оснований сомневаться в том, что со временем этот процесс сможет перейти в самостоятельную фазу. Таков вполне естественный ход эволюции.

Нетрудно разглядеть признаки эволюции и в общем развитии машин. В серийном производстве отдельные экземпляры одной и той же модели существенного влияния на эволюцию, конечно, не оказывают, так как они ничем практически друг от друга не отличаются. Серийное производство - процесс с предопределённым результатом, развивающийся по заранее подготовленному алгоритму. Он не терпит вмешательства случая. Серия обеспечивает лишь экономическую обоснованность, а также даёт информацию о предпочтениях потребителей по результатам продаж (формируя тем самым отбор, необходимый при создании новых моделей). Эволюционному развитию подвергается не экземпляр техники, а модель, как совокупность технических решений. Зайдя в магазин бытовой техники, покупатель видит, например, выстроенные в ряд стиральные машины нескольких моделей одной торговой марки, которые на первый взгляд ничем не отличаются друг от друга. При более пристальном рассмотрении выясняется, что у одной машины больше масса загружаемого белья, у другой - выше обороты при отжиме, в третьей - применена какая-то новейшая технология, и т.п. Отчасти это объясняется стремлением изготовителя удовлетворить разные запросы потребителей, но, кроме этого, разработчик, сохраняя в новых моделях свои лучшие достижения, пробует вносить некоторые особенности в разные модели. Тем самым в процесс вмешивается случайный фактор (в создании новых моделей тоже присутствует метод проб и ошибок). Причём введение случайного фактора не означает создание астрономически большого числа моделей, содержащих абсолютно беспорядочные изменения. Создаётся лишь небольшое количество версий, каждая из которых не является абсурдной и вполне заслуживает внимания. Никто не станет приделывать к стиральной машине крылья. В итоге круг случайных вариаций сужается до минимума. Но и эти немногочисленные особенности и новшества, вносимые в разные модели, будут восприняты потребителями по-разному. Покупатели, приходя в магазин, в буквальном смысле осуществляют отбор. Разработчик, учитывая мнение покупателей, сохраняет наиболее удачные решения и отказывается от неудачных. Он опять создаёт новые модели на основе своих лучших достижений, и в каждую из них снова добавляет "изюминку". При этом обеспечивается сохранение достигнутого эволюционного результата (что-то вроде наследственности в биологической эволюции). Эволюционный цикл многократно повторяется, что снимает ограничение на предельно достижимую сложность машин. Эти закономерности справедливы не только для готовых машин, но и для их деталей - например, микросхем.

Можно выявить и цели эволюции твёрдого тела. Как уже было сказано, цель любой эволюции тесно связана с отбором, действующим в данной среде. В случае эволюции твёрдого тела отбор продиктован желаниями людей. А люди стремятся к комфорту и власти, следовательно и машины продолжат развиваться в направлении обеспечения комфорта и власти своим обладателям. Причём стремление людей к комфорту распространяется на все сферы деятельности, включая производство самих машин. Это обстоятельство позволяет говорить о возможности перехода эволюции твёрдого тела в будущем в самостоятельную фазу.

Твёрдое тело обладает гигантским эволюционным потенциалом, который проявляется как в скорости течения эволюции, так и в возможностях машин, недоступных человеку. Например, любая часть машины, оказавшаяся повреждённой по тем или иным причинам, легко и без потерь может быть заменена другой - аналогичной или даже более совершенной. Что же касается информационной составляющей машины, то есть, по сути, её души, то здесь сохранность также легко обеспечивается. При регулярном создании резервной копии информации самое худшее, что может грозить машине - это частичная "потеря памяти". В этом смысле машины вечны.

Заключение

Таким образом, эволюцию следует признать закономерным процессом, в основе которого действуют случайные события. При этом случайные события не являются беспричинными или беспорядочными. Они никак не нарушают причинно-следственных связей в природе, и потому вполне закономерны, но называются случайными лишь в силу того, что по каждому такому событию мы не имеем возможности или желания выяснять причины. Следовательно, случайность - понятие субъективное, а эволюция является абсолютно закономерным процессом.

Евгений Котов
Декабрь 2011 г.


[На главную страницу] | [Назад]